IT201900005540A1 - Macchina di ispezione ottica per il controllo qualità di pezzi - Google Patents

Description

DESCRIZIONE

La presente invenzione riguarda una macchina di ispezione ottica per il controllo qualità di pezzi, in particolare di guarnizioni.

In una forma di realizzazione nota, la macchina comprende una tavola rotante sulla quale vengono posizionati i pezzi da ispezionare e, sopra detta tavola rotante, almeno un gruppo di visione superficiale adatto a ispezionare la superficie superiore di un pezzo, ed almeno un gruppo di visione periferico, adatto ad ispezionare le superfici laterali esterne e/o interne di un pezzo.

La macchina comprende inoltre stazioni di espulsione dei pezzi dalla tavola rotante verso convogliatori di pezzi conformi e convogliatori di pezzi da scartare.

I gruppi di visione e le stazioni di espulsione sono distanziati angolarmente tra loro sulla tavola rotante. I gruppi di visione utilizzano una o più telecamere, uno o più illuminatori per illuminare i pezzi da fotografare, ed eventualmente un sistema di specchi.

Al fine di riuscire ad acquisire immagini chiare e precise di tutte le porzioni di superfici esterne ed esterne di un pezzo per i successivi controlli dimensionali, si usano più gruppi di visione e un numero elevato di telecamere.

Ovviamente, l’impiego di diverse stazioni di visione e di molti dispositivi per l’acquisizione delle immagini influisce sugli ingombri della macchina, sui tempi di assemblaggio e manutenzione, nonché sui costi della macchina.

Scopo della presente invenzione è quello di proporre una macchina di ispezione ottica in grado di coniugare elevate prestazioni, soprattutto in termini di capacità di acquisizione di immagini di tutte le superfici del pezzo, ingombri contenuti, e impiego di un numero ridotto di componenti.

Un altro scopo dell’invenzione è quello di offrire una macchina di ispezione ottica del tipo sopra descritto, in grado di essere facilmente e rapidamente adattabile alla forma e/o dimensioni del pezzo da controllare.

Detti scopi sono conseguiti con una macchina di ispezione ottica di pezzi secondo la rivendicazione 1. Le rivendicazioni dipendenti descrivono forme di realizzazione preferite dell’invenzione.

Le caratteristiche e i vantaggi della macchina secondo l’invenzione risulteranno comunque evidenti dalla descrizione di seguito riportata di suoi esempi preferiti di realizzazione, dati a titolo indicativo e non limitativo, con riferimento alle allegate figure, in cui:

- la figura 1 è una vista prospettica di una forma di realizzazione di una macchina di ispezione ottica secondo l’invenzione;

- le figure 2 e 2a sono due viste di elevazione di un gruppo di visione superficiale della macchina di ispezione ottica;

- la figura 3 è una vista di elevazione di un gruppo di visione periferica della macchina di ispezione ottica;

- la figura 4 è una sezione assiale lungo la linea A-A del gruppo di visione della figura 3;

- la figura 5 è una sezione trasversale lungo la linea B-B del gruppo di visione della figura 3;

- la figura 6 è una sezione verticale lungo la linea C-C del gruppo di visione della figura 5;

- la figura 7 è una vista ingrandita del dettaglio D della figura 4;

- le figure 8 e 8a sono due viste prospettiche del gruppo di visione periferica;

- la figura 9 è una vista di elevazione dell’assieme di visione comprendente il gruppo di visione superficiale parzialmente inserito nel gruppo di visione periferica; e

- la figura 10 è una sezione assiale dell’assieme di visione della figura 9.

In detti disegni, con 1 è stata indicata una macchina di ispezione ottica per il controllo qualità di pezzi secondo l’invenzione nel suo complesso.

La macchina 1 comprende una tavola rotante 10 sulla quale vengono posizionati i pezzi da ispezionare. Ad esempio, la tavola rotante 10 è realizzata in un materiale trasparente, ad esempio vetro.

Sopra e/o sotto alla tavola rotante 10 è posizionato almeno un gruppo di visione superficiale 12 adatto ad acquisire immagini prevalentemente delle superfici superiore e/o inferiore di un pezzo.

Sopra alla tavola rotante 10 è posizionato almeno un gruppo di visione periferica 14, adatto ad acquisire immagini prevalentemente delle superfici laterali esterne e/o interne del pezzo.

Come verrà di seguito descritto, e come rappresentato anche nella figura 1, un gruppo di visione superficiale 12 può anche essere inserito in un gruppo di visione periferica 14, in modo da utilizzare entrambi i gruppi, contemporaneamente o singolarmente, in un’unica stazione di visione.

Inoltre, sopra alla tavola rotante 10 sono posizionate almeno una prima stazione di espulsione pezzo 16 attivabile per espellere un pezzo dalla tavola rotante 10 verso un primo convogliatore esterno 18 di pezzi conformi, ed almeno una seconda stazione di espulsione pezzo 20 attivabile per espellere un pezzo dalla tavola rotante 10 verso un secondo convogliatore esterno 22 di pezzi da scartare.

I gruppi di visione 12, 14 e le stazioni di espulsione pezzo 16, 20 sono distanziati angolarmente tra loro sulla tavola rotante 10.

Ogni gruppo di visione 12, 14 posto sopra la tavola rotante 10 e ogni stazione di espulsione pezzo 16, 20 è collegato ad un organo centrale di supporto 24 coassiale all’asse della tavola rotante 10 e traslabile in altezza rispetto alla tavola rotante 10.

Ad esempio, i gruppi di visione superficiale e periferico 12, 14 e le stazioni di espulsione pezzo 16, 20 sono dotati ognuno di una rispettiva piastra laterale di attacco 12’, 14’ a rispettive contropiasatre di attacco dell’organo centrale di supporto 24.

In una forma di realizzazione, questo organo centrale di supporto 24 è traslabile in altezza tra una posizione abbassata di lavoro ed una posizione sollevata di riposo, in cui permette ad un operatore di accedere alla tavola rotante 10 per una sua manutenzione o sostituzione.

In una forma preferita di realizzazione, l’organo centrale di supporto 24 è traslabile in altezza non solo per consentire un comodo accesso alla tavola rotante per la sua rimozione dalla macchina, ma anche in modo da effettuare una regolazione fine della posizione di ogni gruppo di visione e stazione di espulsione rispetto alla tavola rotante, ad esempio in funzione dell’altezza del pezzo da ispezionare.

In una forma preferita di realizzazione illustrata nei disegni, l’organo centrale di supporto 24 è movimentato da un asse elettrico 26.

Con riferimento alle figure 2 e 2a, il gruppo di visione superficiale 12 comprende un’incastellatura per visione superficiale 30 sostanzialmente cilindrica ad asse verticale che supporta scorrevolmente un’unità di visione 28 comprendente almeno una telecamera 32 provvista di almeno un gruppo ottico 34 puntato verso il basso.

Nell’esempio rappresentato nei disegni, l’incastellatura 30 si estende tra una piastra superiore 30’ ed una piastra inferiore 30”. Alla piastra inferiore 30” può ad esempio essere fissato un illuminatore 36 adatto ad illuminare il pezzo inquadrato dalla telecamera 32.

Il gruppo di visione 12 è provvisto di un primo gruppo motore 38 di messa a fuoco, adatto a muovere assialmente l’unità di visione 28 lungo l’incastellatura 30.

Ad esempio, il primo gruppo motore 38 di messa a fuoco comprende due motori laterali 38’, montati su lati opposti dell’incastellatura 30.

In una forma di realizzazione, l’unità di visione 28 comprende una sola telecamera 32 e una pluralità di obiettivi 34 aventi differenti caratteristiche ottiche. Gli obiettivi 34 sono associabili selettivamente alla telecamera 32, ad esempio in funzione della forma e/o delle dimensioni del pezzo da verificare.

Gli obiettivi 34 sono fissati, attraverso rispettivi attacchi obiettivo, in rispettive sedi obiettivo passanti ricavate in una regione periferica di una piastra rotante 40.

La telecamera 32 è posizionata in modo tale da sfiorare, con un rispettivo attacco telecamera, il lato della regione periferica della piastra rotante 40 opposto a quello da cui si estendono gli obiettivi.

L’unità di visione 28 è dotata di un secondo gruppo motore 42 adatto a ruotare la piastra rotante 40 in modo da affacciare selettivamente le sedi obiettivo passanti all’attacco telecamera per rendere coassiali tra loro l’attacco telecamera e uno della pluralità di obiettivi 34.

Con riferimento ora alle figure 3-8, in accordo con un aspetto dell’invenzione, il gruppo di visione periferica 14 comprende un’incastellatura per visione periferica 50 di forma sostanzialmente toroidale ad asse verticale che delimita una cavità assiale 52 sostanzialmente cilindrica.

L’incastellatura per visione periferica 50 supporta scorrevolmente una pluralità di telecamere periferiche 54 giacenti su un piano telecamere sostanzialmente orizzontale.

L’incastellatura 50 supporta inoltre almeno un gruppo motore 56 di messa a fuoco telecamere periferiche adatto a muovere le telecamere periferiche 54 in direzione verticale. Ad esempio, dato il numero e la disposizione delle telecamere, e la difficoltà nel posizionare un gruppo motore coassialmente al gruppo di visione, vengono utilizzati due gruppi motori 56 montati in posizioni diametralmente opposte dell’incastellatura 50. In accordo con un aspetto dell’invenzione, il gruppo di visione superficiale 12 è adatto ad essere inserito almeno parzialmente nella cavità assiale 52 del gruppo di visione periferica 14 in modo che un pezzo sia ispezionabile dal gruppo di visione superficiale 12 e dal gruppo di visione periferica 14 in una stessa posizione di ispezione, ovvero in una stessa stazione di visione.

In altre parole, una macchina 1 secondo l’invenzione può essere trasformata da una configurazione a gruppi di visione separati, in cui il gruppo di visione superficiale 12 ed il gruppo di visione periferica 14 sono distanziati angolarmente tra loro lungo la tavola rotante 10, ad una configurazione a gruppi di visione integrati, in cui il gruppo di visione superficiale 12 è staccato dall’organo di supporto centrale ed è inserito nel gruppo di visione periferica 14, e viceversa.

La macchina illustrata nella figura 1, ad esempio, è configurata con due stazioni di visione: una prima stazione è dotata, sopra la tavola rotante 10, solo di un gruppo di visione periferica 14 (mentre un gruppo di visione superficiale 12 è posizionato sotto la tavola rotante 10, coassialmente al gruppo di visione periferica 14); la seconda stazione è dotata dell’assieme di visione comprendente un gruppo di visione superficiale 12 parzialmente inserito in un gruppo di visione periferica 14.

Più in dettaglio, l’incastellatura per visione periferica 50 è provvista di una flangia anulare di sommità 58. L’incastellatura per visione superficiale 30 viene dotata di una flangia radiale intermedia 33 adatta ad essere sovrapposta e fissata alla flangia anulare di sommità 58.

Da notare che la flangia radiale intermedia 33 può essere utilizzata, mediante una regolazione della sua posizione assiale o del suo spessore, per determinare la distanza ottimale tra l’illuminatore superficiale 36 del gruppo di visione superficiale inserito nella cavità assiale 52 e il piano di riferimento costituito dal lato superiore della tavola rotante 10, sul quale giace il pezzo da ispezionare.

In una forma di realizzazione illustrata nella figura 10, l’illuminatore superficiale 36 comprende una sorgente di illuminazione diffusa 362 a forma di corona circolare adatta a generare un fascio di luce diretto verso l’alto, all’interno di una camera di diffusione delimitata superiormente da un elemento concavo 364 riflettente e diffondente.

In una forma di realizzazione, l’illuminatore 36 comprende inoltre una sorgente di illuminazione a bassa inclinazione 366 (in gergo tecnico anglosassone chiamata “low angle”), posizionata alla base inferiore dell’illuminatore 36, adatta a generare un fascio di luce che converge verso il basso in modo da illuminare superfici laterali di un pezzo da ispezionare posto sotto l’illuminatore.

In una forma di realizzazione, l’illuminatore 36 comprende ulteriormente una sorgente di illuminazione diretta 368 posta nella camera di diffusione e adatta a generare un fascio di luce diretto verso il basso.

In una forma di realizzazione, il gruppo di visione periferica 14 è provvisto almeno di un illuminatore periferico superiore 142 comprendente una sorgente di illuminazione a bassa inclinazione 144 adatta ad illuminare prevalentemente le superfici laterali esterne e/o interne di un pezzo da ispezionare. L’illuminatore periferico superiore 142 è collegato amovibilmente all’incastellatura per visione periferica 50 in modo da essere rimosso per fare spazio all’illuminatore superficiale 36 quando il gruppo di visione superficiale 12 è inserito nel gruppo di visione periferica.

Inoltre, in una forma di realizzazione, il gruppo di visione periferica 14 è dotato di un secondo illuminatore periferico 90, anch’esso comprendente una sorgente di illuminazione a bassa inclinazione 144, adatto ad essere posizionato sotto la tavola rotante 10.

Da notare che il primo illuminatore periferico 142 ed il secondo illuminatore periferico 90 devono essere posti alla stessa distanza rispetto al piano di riferimento costituito dal lato superiore della tavola rotante 10. In una forma di realizzazione, le telecamere periferiche 54 sono ancorate ad un anello di supporto 60 traslabile lungo colonne verticali di guida 62 e operativamente collegato al o ai motori di messa a fuoco 56.

In accordo con un altro aspetto dell’invenzione, le telecamere periferiche 54 sono rivolte verso il basso. L’incastellatura per visione periferica 50 supporta, alla sua base, sotto ogni telecamera 54, almeno uno specchio inclinato 64 adatto a riflettere l’immagine di una porzione della superficie laterale esterna e/o interna del pezzo da ispezionare.

In una forma preferita di realizzazione, l’incastellatura per visione periferica 50 supporta alla sua base, sotto ogni telecamera 54, una coppia di specchi inclinati 64a, 64b, affiancati tra loro in direzione radiale e con altezze diverse rispetto alla tavola rotante, in modo da riflettere rispettive immagini di diverse porzioni della superficie laterale esterna e/o interna del pezzo da ispezionare.

Grazie a questa corona di specchi 64 si possono ottenere, con un numero ridotto di telecamere periferiche 54 e in modo semplice ed economico dal punto di vista costruttivo, immagini prospettiche ottimali del pezzo in funzione della sua geometria e/o dimensioni e, utilizzando coppie di specchi o anche più di due specchi per ogni telecamera 54, anche diverse immagini prospettiche contemporaneamente.

In una forma di realizzazione, i due specchi 64a, 64b di ogni coppia di specchi hanno anche inclinazioni differenti tra loro.

In una forma di realizzazione, ogni specchio 64 o set di specchi 64a, 64b otticamente accoppiati ad una rispettiva telecamera 54 è supportato da un rispettivo blocchetto 68 che si estende verticalmente da una piastra anulare portaspecchi 70 fissata in modo amovibile alla base dell’incastellatura per visione periferica 50.

Inoltre, in una forma di realizzazione, i singoli blocchetti 68 sono ancorati in modo amovibile alla piastra anulare portaspecchi 70.

In tal modo, semplicemente modificando la forma dei blocchetti 68 è possibile personalizzare e adattare in modo semplice, rapido ed economico il gruppo di visione periferica 14 in funzione della forma e/o delle dimensioni del pezzo da sottoporre a controllo ottico. In particolare, per modificare la corona di specchi 64 è sufficiente smontare la sola piastra portaspecchi 70 lasciando il gruppo di visione periferica montato in macchina.

In accordo con un altro aspetto dell’invenzione, l’illuminatore periferico superiore 142 è montato su una piastra illuminatore mobile 146 supportata elasticamente da un elemento fisso dell’incastellatura 50 in modo da essere mantenuta normalmente in una posizione di fine corsa inferiore, ovvero di minima distanza dal piano di riferimento costituito dal lato superiore della tavola rotante 10, e da essere impegnabile da un organo distanziale 148 che ne provoca una traslazione verso l’alto per una regolazione della distanza dell’illuminatore da tale piano di riferimento, in funzione della forma e/o del colore e/o delle dimensioni del pezzo da ispezionare.

In una forma di realizzazione, la piastra illuminatore mobile 146 è supportata da una piastra illuminatore fissa 150 soprastante, alla quale è collegata per il tramite di un sistema di molle 152 e rispetto alla quale è traslabile in modo guidato, ad esempio essendo scorrevole lungo perni di guida illuminatore 154 (v. figure 4 e 6).

In una forma di realizzazione, l’organo distanziale 148, costituito ad esempio da due o più perni, si estende dalla stessa piastra anulare portaspecchi 70. In tal modo, quando tale piastra anulare portaspecchi 70 viene montata sulla base dell’incastellatura 50, l’illuminatore periferico superiore 142 viene contemporaneamente spinto verso l’alto nella posizione prestabilita, determinata dall’altezza dell’organo distanziale 148. L’illuminatore 142 non ostacola quindi il montaggio della corona di specchi e non richiede altre operazioni di regolazione della sua posizione.

Da notare che, quando il gruppo di visione periferica 14 è utilizzato in combinazione con un gruppo di visione superficiale 12 montato sotto la piastra rotante 10 e se il gruppo di visione superficiale 12 richiede una sorgente di retroilluminazione, quest’ultima può essere montata sulla piastra illuminatore mobile 146, ad esempio sul suo lato superiore, opposto a quello che supporta l’illuminatore periferico superiore 142.

In una forma di realizzazione, l’incastellatura per visione periferica 50 è provvista di una piastra anulare inferiore 80 che forma la base dell’incastellatura e che, quando il gruppo di visione periferica 14 è montato sulla macchina 1, sfiora la tavola rotante 10.

Questa piastra anulare inferiore 80 è interrotta circonferenzialmente da un’apertura di ingresso 82a e da un’apertura di uscita 82b (v. in particolare le figure 8 e 8a), adatte a consentire il passaggio di un pezzo da ispezionare attraverso l’incastellatura 50 a seguito della rotazione della tavola rotante 10.

Più in dettaglio, il bordo periferico della tavola rotante 10 interseca la pianta dell’incastellatura 50 in modo tale che un pezzo da ispezionare posizionato radialmente sulla tavola rotante 10 tra il bordo periferico e il punto medio del raggio della tavola rotante passi sostanzialmente per il centro della pianta dell’incastellatura 50.

In accordo con un altro aspetto dell’invenzione, le telecamere periferiche 54, e di conseguenza i rispettivi set di specchi 64, sono posizionati ai vertici di un ettagono regolare.

Questa configurazione del gruppo di visione periferica 14, infatti, si è dimostrata il miglior compromesso tra la necessità di contenere gli ingombri della macchina 1 e la qualità dell’ispezione ottica, in termini di numero e risoluzione delle immagini del pezzo.

Come si può osservare in particolare dalla vista in pianta della figura 5, infatti, la traiettoria T del pezzo posto sulla tavola rotante che attraversa il gruppo di visione periferica 14, che è un arco di circonferenza che deve passare per il centro del gruppo di visione, passa sostanzialmente nel punto medio del lato dell’ettagono. Le aperture di ingresso e uscita 82a e 82b, quindi, possono essere sufficientemente ampie per garantire il passaggio di pezzi di dimensioni notevolmente diverse tra loro.

Se la configurazione fosse ad esempio ottagonale, e volendo mantenere la stessa ampiezza delle aperture di ingresso e uscita, il gruppo di visione dovrebbe essere posizionato radialmente in una posizione più esterna rispetto alla configurazione ettagonale, oppure sarebbe necessario aumentare notevolmente la distanza tra gli specchi, ovvero il lato del poligono.

In entrambi i casi, la configurazione ottagonale comporterebbe un aumento rilevante degli ingombri della macchina.

Viceversa, una configurazione esagonale comporterebbe un numero inferiore di telecamere e di specchi e quindi una definizione peggiore. In particolare, poiché i coni di visione delle telecamere periferiche devono coprire tutta la superficie laterale del pezzo, preferibilmente sovrapponendosi parzialmente tra loro, l’impiego di sei telecamere limiterebbe la dimensione massima del pezzo da ispezionare, limitando quindi il range di utilizzo della macchina.

Ad esempio, se con sei telecamere il pezzo massimo inseribile in macchina ha un diametro massimo di circa 68 mm, con sette telecamere si possono ispezionare pezzi di diametro fino a 85 mm; con otto telecamere, per poter introdurre nel gruppo di visione periferica un pezzo di 85 mm di diametro massimo sarebbe necessario aumentare considerevolmente le dimensioni della macchina e del gruppo di visione periferica.

Alle forme di realizzazione della macchina secondo l’invenzione un tecnico del ramo, per soddisfare esigenze contingenti, potrà apportare modifiche, adattamenti e sostituzioni di elementi con altri funzionalmente equivalenti, senza uscire dall'ambito delle seguenti rivendicazioni. Ognuna delle caratteristiche descritte come appartenente ad una possibile forma di realizzazione può essere realizzata indipendentemente dalle altre forme di realizzazione descritte.

Claims (8)

1. RIVENDICAZIONI 1. Macchina di ispezione ottica per il controllo qualità di pezzi, in particolare di guarnizioni, comprendente una tavola rotante sulla quale vengono posizionati i pezzi da ispezionare e, sopra detta tavola rotante, un gruppo di visione periferico, adatto ad ispezionare le superfici laterali esterne e/o interne di un pezzo, dove il gruppo di visione periferico comprende un’incastellatura per visione periferica di forma sostanzialmente toroidale ad asse verticale che supporta scorrevolmente una pluralità di telecamere periferiche giacenti su un piano telecamere sostanzialmente orizzontale, un gruppo motore di messa a fuoco adatto a muovere le telecamere in direzione verticale, ed un illuminatore per illuminare un pezzo da ispezionare posto sulla tavola rotante coassialmente all’incastellatura, dove l’incastellatura è provvista di una piastra anulare inferiore che forma la base dell’incastellatura e che sfiora la tavola rotante, e dove detta piastra anulare inferiore è interrotta circonferenzialmente da due aperture di ingresso e di uscita, rispettivamente, adatte a consentire il passaggio di un pezzo da ispezionare attraverso l’incastellatura a seguito della rotazione della tavola rotante, in cui le telecamere periferiche sono sette e sono posizionate ai vertici di un ettagono regolare.
2. 2. Macchina secondo la rivendicazione 1, in cui il bordo periferico della tavola rotante interseca la pianta dell’incastellatura in modo tale che un pezzo da ispezionare posizionato radialmente sulla tavola tra il bordo periferico e il punto medio del raggio della tavola rotante passi sostanzialmente per il centro della pianta dell’incastellatura.
3. 3. Macchina secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui le telecamere periferiche sono ancorate ad un anello di supporto traslabile lungo colonne verticali di guida e operativamente collegato al motore di messa a fuoco.
4. 4. Macchina secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui le telecamere periferiche sono rivolte verso il basso, e in cui l’incastellatura per visione periferica supporta alla sua base, sotto ogni telecamera, almeno uno specchio inclinato adatto a riflettere l’immagine di una porzione della superficie laterale esterna e/o interna del pezzo da ispezionare.
5. 5. Macchina secondo la rivendicazione precedente, in cui ogni specchio inclinato è supportato da un rispettivo blocchetto che si estende verticalmente da una piastra anulare portaspecchi fissata in modo amovibile alla base dell’inastellatura.
6. 6. Macchina secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui il gruppo di visione periferica è dotato di una piastra laterale di attacco ad un organo centrale di supporto, coassiale all’asse della tavola rotante.
7. 7. Macchina secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, comprendente inoltre un gruppo di visione superficiale adatto a ispezionare la superficie superiore di un pezzo e comprendente un’incastellatura per visione superficiale sostanzialmente cilindrica ad asse verticale che supporta scorrevolmente almeno una telecamera provvista di almeno un gruppo ottico puntato verso il basso, almeno un gruppo motore di messa a fuoco, adatto a muovere la telecamera in direzione verticale, e, alla base di detta incastellatura, un illuminatore superficiale adatto ad illuminare il pezzo da ispezionare, in cui l’incastellatura del gruppo di visione periferica delimita una cavità interna assiale adatta ad alloggiare almeno parzialmente detto gruppo di visione superficiale.
8. 8. Macchina secondo la rivendicazione precedente, in cui l’incastellatura del gruppo di visione periferica è provvista di una flangia anulare di sommità, e in cui l’incastellatura del gruppo di visione superficiale è provvista di una flangia radiale intermedia adatta ad essere sovrapposta e fissata alla flangia anulare di sommità.